摘　要：本文通過經過對失效件進行外觀檢查、SEM+EDS檢查、硬度試驗、金相分析、化學成分分析等方法，找到失效原因為：軸頸位置補焊后存在較大的熱應力，軸肩過渡圓角位置存在未焊合的缺口，加上軸肩過渡圓角屬于易應力集中位置，在扭力作用下未焊合的缺口成為疲勞源，Z終導致扭轉疲勞斷裂失效。
　　關鍵詞：SEM+EDS；硬度試驗；金相分析；化學成分分析；疲勞斷裂
　　1　前言

　　失效件為汽車電機軸，材質為42CrMo，熱處理工藝為調質處理，機加工順序為車、磨、銑。該電機軸在使用4年左右，軸承損壞并更換過軸承，更換軸承后使用一段時間發生斷軸，斷面正好與軸承背面貼平。如圖1所示，斷裂位置位于P1和P2之間，P2和P3本為一體，廠家已將P2、P3之間部分鋸切掉，此部分距離斷口較遠，不影響斷軸原因分析。

　　2檢查分析

　　2.1外觀檢查

　　如圖2、圖3所示，斷口兩部分能無縫對接，無明顯塑性變形；P1靠近斷口部分表面呈高溫氧化色，大約占半根軸的長度，斷口位于大徑與小徑幾何尺寸突變臺階的R角。

　　如圖4、圖5所示，P1斷口外圈亮色且有同心圓周痕的位置為軸肩臺階面，靠近外表面有熔珠狀金屬黏附在表面，熔珠呈高溫氧化色；斷口外圈基本上已被摩擦撞擊破壞，只有中間區域斷口完好，可觀察到明顯的扭轉疲勞條紋。

　　如圖6所示，P2表面具有明顯圓周方向、寬度一致的摩擦痕跡，摩擦痕較淺，為軸頸位置；在軸頸的兩側可觀察到明顯未熔合金屬層，結合P1斷口表面存在熔珠現象，推斷電機軸可能存在補焊，后續通過金相分析和SEM/EDS分析再驗證。

　　如圖7所示，P2斷口平整，斷面與軸向垂直，斷口外表面多處存在缺口及裂紋，缺口內表面呈氧化色且有較多污染物；斷口外圈光滑且呈暗色，占整個斷口面積3/4左右，部分亮色區域為斷軸后撞擊摩擦形成；中心區域若干同心圓狀的扭轉疲勞條紋，占整個斷口面積1/4左右，呈扭轉疲勞特征。

　　2.2SEM+EDS檢查

　　如圖8-圖13所示，P1斷口邊緣為軸肩位置，可觀察到明顯的熔珠；斷口外圈大部分區域已被摩擦撞擊破壞，未破壞區域呈暗色，表面光滑，為穿晶解理特征；斷口心部可觀察到明顯的同心圓形疲勞條帶，為扭轉疲勞斷口。

　　如圖14-圖19所示，P2斷口形貌與P1類似，外邊存在較多缺口，對缺口金相EDS微區成分分析，結果見表1，外邊緣成分與心部成分存在差異（外邊緣不含Cr、Mn），確認外邊緣不同形貌位置為補焊層。

　　2.3硬度試驗

　　按GB/T230.1-2009標準方法檢驗失效件橫截面心部和外表面硬度，結果記入表2。

　　GB/T3077-199中42CrMo的淬火+回火（調質處理）工藝后的硬度要求為≤217HBW，參照ASTME140-05E1《金屬標準硬度換算表》標準轉換成洛氏硬度約為20HRC，心部硬度偏高，外表面硬度偏低。

　　2.4金相分析

　　如圖20-圖25所示，沿P1軸向做切片，拋光腐蝕后發現軸表面與心部組織具有不同組織，界限明顯，確定軸承裝配位置存在補焊操作，斷口位于補焊邊緣的熱影響區，將圖中不同組織區域依次標記為A、B、C：A為補焊熔融區，B為軸熱影響區，C為軸基材，金相組織依次：A區為網狀、粗針狀鐵素體+粒狀和針狀馬氏體+針片狀魏氏體，按GB/T1329-1991評定魏氏體組織為B系列5級；B區為少量粒狀體鐵素體基體珠光體；C區為少量針狀魏氏體+保留馬氏體位向的針狀索氏體，心部帶狀組織明顯，按GB/T1329-1991評定帶狀組織級別為C系列5級。

　　2.5化學成分分析
　　采用ICP分析電機軸材質成分，分析結果見表3，與GB/T3077-1999對照，符合42CrMo牌號鋼材的標準要求，無錯料現象。